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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
–
UNESP
CAMPUS DE JABOTICABAL
APLICAÇÃO DE ENERGIA TÉRMICA NO CONDICIONADOR
NA EXTRUSÃO DE ALIMENTOS PARA CÃES
Peterson Dante Gavasso Pacheco
Zootecnista
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
–
UNESP
CAMPUS DE JABOTICABAL
APLICAÇÃO DE ENERGIA TÉRMICA NO CONDICIONADOR
NA EXTRUSÃO DE ALIMENTOS PARA CÃES
Peterson Dante Gavasso Pacheco
Orientador: Prof. Dr. Aulus Cavalieri Carciofi
Coorientadora: Dra. Thaila Cristina Putarov
Dissertação apresentada à Faculdade de
Ciências Agrárias e Veterinárias – Unesp,
Campus de Jaboticabal, como parte das exigências para a obtenção do título de Mestre em Zootecnia
Pacheco, Peterson Dante Gavasso
P116a Aplicação de energia térmica no condicionador na extrusão de alimentos para cães / Peterson Dante Gavasso Pacheco. –– Jaboticabal, 2016
vi, 50 p. ; 29 cm
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, 2016
Orientador: Aulus Cavalieri Carciofi Coorientadora: Thaila Cristina Putarov
Banca examinadora: Alexandre de Mello Kessler, Jane Maria Bertocco Ezequiel
Bibliografia
1. Energia térmica específica. 2. Éxtrusão. 3. Gelatinização do amido. I. Título. II. Jaboticabal-Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias.
CDU 636.085.7:636.7
DADOS CURRICULARES DO AUTOR
Peterson Dante Gavasso Pacheco, nascido em 24 de janeiro de 1990, na
cidade de Alta Floresta - MT, ingressou no curso de Zootecnia da Faculdade de
Medicina Veterinária e Zootecnia da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (UNESP), campus de Botucatu - SP, em março de 2009, graduando-se em dezembro de 2013. Em março de 2014, iniciou o curso de Mestrado em
Zootecnia na Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias da UNESP, campus de
Jaboticabal - SP. Durante esse período, desenvolveu parte do seu projeto de pesquisa
“ Descobri como é bom chegar quando se tem paciência. E para se chegar, onde quer que seja, aprendi que não é preciso dominar a força, mas a razão. É
preciso, antes de mais nada, querer. ”
DEDICO
Aos meus tios, Ana Maria Pacheco e Renato Luiz Terence, pelo apoio,
AGRADECIMENTOS
A Deus, por me proporcionar a conclusão de mais uma etapa.
Aos meus amados tios, Ana Maria Pacheco Terence e Renato Luiz Terence,
família que me deu a oportunidade de ser o que sou hoje, sempre me incentivando,
ensinando e apoiando.
Aos meus queridos primos, Maurício e Ana Cláudia, pela amizade, pelos
conselhos e pelo apoio.
A minha querida tia Vera Lúcia e aos primos Vanize e Fabrício, pela amizade,
pelo carinho, pelo respeito e momentos de diversão.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Aulus Cavalieri Carciofi, pela oportunidade de
trabalhar em sua equipe, paciência, confiança e ensinamentos. Muito obrigado!
A minha coorientadora, Dra. Thaila C. Putarov, pela ajuda no desenvolvimento
deste projeto, orientação, amizade, pelo apoio e conselhos.
Aos meus queridos amigos com quem tive a oportunidade de conviver e
compartilhar momentos incríveis na Rep. Misto Quente: Dábia, Déia, Filipe e Jorge.
Em especial, para as minhas queridas amigas Aline e Denise, que me receberam
muito bem. Agradeço a amizade, o carinho, o companheirismo de vocês e pelos
momentos de alegria.
Ao meu dog Spike e aos da República: Didi, Lola, Florzinha, Princesa, Nina e
Xavante.
A minha grande amiga e comadre Natália, pelos momentos de alegria, pelas
conversas, pelo apoio, carinho e respeito. A minha amiga Paloma, pela amizade e
carinho.
Aos queridos funcionários Diego e Elaine, pelo cuidado e carinhos aos animais,
a Claudinha pelo auxílio nas análises. Obrigado pelas conversas e pelos momentos
de descontração. Sou muito grato em tê-los como amigos.
Aos meus queridos amigos de trabalho do LabNutri: Aninha, Bruna, Érico, Fer,
Fer Kroll, Fabiano, Fran, Ludmilla, Mari, Mayara Baller, Mayara Peixoto, Raquel e Kati.
Muito obrigado pela ajuda, pelas conversas divertidas, pelo respeito e pela amizade.
Aos funcionários da Fábrica de Rações Hélinho, Batista (in memorian) e Lucas.
Muito obrigado pela ajuda e pelos momentos de distração ao longo destes anos.
À Guabi Petcare, pelo apoio financeiro e técnico ao Laboratório de Pesquisa
em Nutrição e Doenças Nutricionais de Cães e Gatos da FCAV/UNESP, campus de
Jaboticabal.
À Manzoni pela doação da extrusora (modelo Mex-250), que possibilitou o
desenvolvimento desse estudo.
Ao Prof. Dr. Sajid Alavi e ao funcionário Eric Maichel, pela oportunidade de
permanecer e aprender no Departamento de Grain Science and Industry da Kansas
State University.
À Júlia Pezzali pela imensa ajuda e amizade durante meu estágio na K-STATE.
À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo – FAPESP, pelas
bolsas de Mestrado (2014/13252-0) e BEPE (2014/26255-8).
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq,
pela bolsa de estudo (131977/2014-8) e pelo auxílio financeiro (447751/2014-0)
SÚMARIO
Página
CEUA ... iii
RESUMO... iv
ABSTRACT ... vi
CAPÍTULO 1 – Considerações gerais ... 1
1. Introdução ... 1
2. Revisão de Literatura ... 3
2.1. Efeito da extrusão no amido ... 3
2.2. Efeito da extrusão nos lipídeos ... 3
2.3. Efeito da extrusão nas proteínas ... 4
2.4. Efeito da extrusão na palatabilidade ... 5
2.5. Implicações da aplicação de energia mecânica e térmica ... 6
2.6. Justificativa ... 8
3. REFERÊNCIAS ... 9
CAPÍTULO 2 – Thermal energy application to the conditioner on the extrusion of dog foods ... 13
Abstract ... 14
1. Introduction ... 15
2. Material and Methods ... 17
2.1. Experimental design and food formulation ... 17
2.2. Extrusion processing and experimental treatments ... 19
2.3. Specific mechanical energy and specific thermal energy calculations ... 21
2.4. Kibble macrostructure, starch cooking and in vitro digestibility ... 24
2.5. Food palatability test ... 24
2.6. Digestibility protocol ... 25
2.7. Faecal pH and fermentation products ... 26
2.8. Statistical analysis... 27
3. Results ... 28
3.1. Extrusion traits ... 28
3.2. Kibble macrostructure, starch gelatinization and in vitro digestibility ... 33
3.3. Nutrient intake, apparent total tract digestibility and fecal characteristics .... 36
3.4. Faecal characteristics and fermentation products ... 38
4. Discussion ... 43
5. Conclusion ... 47
APLICAÇÃO DE ENERGIA TÉRMICA NO CONDICONADOR NA EXTRUSÃO DE ALIMENTOS PARA CÃES
RESUMO – O uso generalizado da tecnologia de extrusão em alimentos para
interação para a produtividade do pré-condicionador e extrusora. Houve efeito quadrático em ambas as extrusoras para temperatura da massa antes da matriz e relação ETE/EME, sendo que a aplicação de ETE elevou os valores. A amperagem e pressão na saída da extrusora reduziram quadraticamente, enquanto que não houve efeito de interação para SME, ETE, EET. Houve efeito de extrusora para EME e EET, a extrusora A apresentou os maiores valores. Houve efeito de ETE para EME e EET, a EME reduziu linearmente com a aplicação de ETE e as demais energias aumentaram linearmente. Houve interação entre extrusora e ETE para todas as características de macroestrutura. A densidade especifica e a taxa de expansão radial reduziram quadraticamente nos dois sistemas de extrusão com a aplicação de ETE. O comprimento especifico apresentou comportamento quadrático para a extrusora B, sendo que o menor comprimento especifico foi verificado a temperatura de 74,4 ºC, não ocorrendo o mesmo para a extrusora A. A densidade aparente reduziu linearmente nas duas extrusoras com o aumento de ETE, e a extrusora A apresentou os menores valores em todas as temperaturas estudadas. A GA da massa do pré-condicionador aumentou quadraticamente para as duas extrusoras. A GA do produto seco aumentou quadraticamente para a extrusora A e linearmente para a extrusora B com o aumento da ETE. Ocorreu aumento linear da digestibilidade in vitro em ambas as extrusoras, sendo que os valores da extrusora B foram maiores. Não foi verificado alteração para a palatabilidade, qualidade fecal, digestibilidade in vivo dos nutrientes e produtos da fermentação com a aplicação de ETE. A aplicação de ETE no pré-condicionador parecer ter mais efeito sobre a macroestrutura dos kibbles e parâmetros de processo de alimentos para cães do que sobre a digestibilidade de nutrientes e qualidade fecal. Porém, mais estudos são necessários para avaliar a ETE em outras condições de extrusão.
THERMAL ENERGY APPLICATION TO THE CONDITIONER ON THE EXTRUSION OF DOG FOODS
TSE, the SME linearly reduced with the application of STE and STE and TSE increased linearly. There was interaction between extruder and STE for all the macrostructure traits. The piece specific density and radial expansion rate had a quadratic reduction in both extrusion systems with the application of STE. The specific length had a quadratic behavior in extruder B, and the lowest specific length was verified at temperature of 74.4°C, which did not occur with extruder A. The bulk density had a linear decrease with increasing STE, independent on the extruders; the extruder A showed the lowest values at the studied temperatures. The SG of the dough from conditioner had a quadratic augment in both extruders. The SG of the dried product showed a quadratic and linear increase in extruder A and B, respectively, with increasing the STE. There was a linear increase for in vitro digestibility in both extruders, with higher values for extruder B. There were no significant effects on palatability, fecal quality, nutrients digestibility and fermentation products, except for starch digestibility that reduced linearly with the application of STE. The application of STE into preconditioner seems to have more effect on the macrostructure of kibbles and pet food process parameters than on nutrient digestibility and fecal quality. However, more studies are needed to better understand the STE in other extrusion conditions.
CAPÍTULO 1 – Considerações gerais
1. Introdução
As rações comerciais para animais de estimação podem ser classificadas,
quanto ao processamento, em três tipos básicos: seca, semi-úmida e úmida. Os
alimentos secos compõem o maior segmento da indústria pet e 95% desses são
obtidos pela tecnologia de extrusão (SPEARS; FAHEY, 2004). O Brasil é o segundo
maior produtor de alimentos extrusados para cães e gatos. Segundo a Associação
Brasileira da Indústria de Produtos para Animais de Estimação (Abinpet), em 2015,
foram produzidas 2,53 milhões de toneladas de pet food, com faturamento de 18
bilhões de reais (ABINPET, 2016).
Extrusão é um processo no qual a mistura de ingredientes é cozida, sanitizada,
texturizada e formatada na presença de umidade, pressão, temperatura e fricção
mecânica, em curto espaço de tempo (RIAZ, 2007; TRAN; HENDRIKS; VAN DER
POEL, 2008). O processo inclui as etapas de pré-condicionamento, extrusão
propriamente dita, corte e secagem. Cada uma desempenha função especifica tanto
no cozimento quanto na formação do produto final.
No pré-condicionador, adiciona-se energia térmica à mistura de ingredientes
moídos, pela injeção de vapor direto e água, obtendo-se uma massa uniforme,
mediante a ação de um sistema de barras cilíndricas com pás dispostas radialmente,
girando a velocidade variável (BAZOLLI, 2007). A adição de energia térmica que tem,
como objetivo, aumentar a umidade e temperatura da massa, promove o início do
cozimento do amido e assim favorece a hidratação interna dos grânulos, a
plasticização, a sanitização, a estabilidade da extrusora e a qualidade do produto final.
Além disso, a adição de energia térmica na forma de vapor é vantajosa em termos
econômicos, por ser mais barata e simples e resultar em menos desgaste do
equipamento e menor consumo de energia elétrica mediante a aplicação de energia
mecânica (RIAZ, 2000).
Em seguida, a massa em processamento é conduzida para o canhão da
seu interior. No canhão da extrusora a massa recebe energia mecânica, adicionada
pela rotação do parafuso da extrusora, que promove cisalhamento da massa contra
seu revestimento e a comprime contra a matriz, na extremidade do cilindro, criando
pressão, fricção e temperatura. As pressões e temperaturas no final do canhão podem
atingir, respectivamente, mais de 60 bars e 160oC, embora seja usual trabalhar com
pressões de 20 a 40 bars e temperaturas de 120 a 140oC. Toda essa energia e
compressão em um fluxo laminar modificam profundamente os amidos e as proteínas,
como será discutido mais adiante. A energia aplicada permite o cozimento completo
do amido em poucos segundos e a baixa umidade, entre 20% e 35%, o que é bastante
vantajoso em relação ao cozimento em pressão atmosférica, que necessita mais de
10 minutos e duas partes de água para uma de amido, para que este se gelatinize
completamente (GIBSON; ALAVI, 2013).
O uso generalizado da tecnologia de extrusão na indústria pet food deve-se ao
fato de promover mudanças físicas e químicas nos ingredientes, alterando sua
qualidade e propriedades físicas, aumentando seu valor nutricional com eficiência e
baixo custo relativo (GRIFFIN, 2003; TRAN, 2008). A elevada aplicação de energia
termomecânica no processo induz alterações vantajosas e desejáveis em alimentos
para cães e gatos, como: aumento da digestibilidade dos cereais, melhora da
palatabilidade do alimento, modificações de atributos texturais que favorecem a
apreensão e a mastigação, inativação de fatores antinutricionais, destruição de
microrganismos, aumento da vida de prateleira, ampliação das possibilidades de uso
de matérias primas e desnaturação de proteínas com melhora de sua digestibilidade
(CHEFTEL, 1986; LANKHORST et al., 2007). O ganho em digestibilidade e
palatabilidade dos cereais talvez seja o efeito mais notório do processo de
gelatinização e plasticização do amido, que se torna mais digerível pelas enzimas
digestivas dos carnívoros (MURRAY et. al., 2001).
A extrusão também pode promover efeitos indesejáveis, como destruição de
vitaminas, oxidação de lipídeos, redução na disponibilidade de aminoácidos,
principalmente da lisina envolvida na reação de Maillard (LANKHORST et al., 2007).
Devido a isso, e também de modo a evitar gastos desnecessários, o balanço entre os
efeitos desejáveis e indesejáveis deve sempre ser buscado com a aplicação
Pretendeu-se, com este projeto, levantar informações sobre a aplicação de
energia térmica no processo de extrusão de alimentos para cães, dados que
permitirão definir melhores parâmetros de processamento, que aliem eficiência
energética e de custos com adequada transformação das matérias primas, garantindo
elevada digestibilidade e palatabilidade ao alimento. Desta forma, os objetivos dessa
dissertação foram avaliar os efeitos da adição de seis quantidades de energia térmica
no pré-condicionador, em dois sistemas de extrusão, sobre a gelatinização do amido,
digestibilidade aparente dos nutrientes e da energia, produtos da fermentação
microbiana no cólon, palatabilidade e macroestrutura de alimentos extrusados para
cães.
2. Revisão de Literatura
2.1. Efeito da extrusão no amido
Os grãos de cereais (arroz, milho, trigo e sorgo) são as fontes de amido mais
utilizadas em rações para animais de companhia. Estruturalmente, o amido dos
cereais se encontra como partículas semi-esféricas altamente ordenadas,
denominadas grânulos, formados por cadeias de amilose e amilopectina
(RATNAYAKE; JACKSON, 2003). O amido é o principal substrato para que o processo
de extrusão ocorra de forma apropriada (CRANE; GRIFFIN; MESSENT, 2000).
Durante esse processo, grânulos de amido são umedecidos e recebem calor, atrito
mecânico, corte e pressão, sofrendo o fenômeno de gelatinização: incham, derretem
e perdem sua estrutura cristalina (ZENG et al., 1997; RATNAYAKE; JACKSON, 2009).
O amido gelatinizado, perdendo sua ordenação e estrutura, torna-se solúvel em água
e mais suscetível à degradação enzimática do que o amido cru (DONA et al., 2010).
Estudos demonstraram que o amido dos cereais, se extrusado adequadamente,
apresenta digestibilidade aparente superior a 95% para gatos (DE-OLIVEIRA et al.,
2008) e 98% para cães (CARCIOFI et al., 2008).
